Звездные четверки представляют лишь незначительную долю (несколько процентов) всех множественных систем. Редкая система из четырех звезд HD74438 была обнаружена в созвездии Паруса в 2017 году. В новом исследовании ученые доказали, что она может быть неизвестным до этого источником взрывов сверхновых.

В течение нескольких лет ученые отслеживали орбиты звезд в HD 74438. Астрономы смогли определить, что эта звездная четверка состоит из двух двойных звездных систем, «зацепившихся друг за друга гравитацией»: одна двойная система вращается вокруг другой.

Гравитационные эффекты внешней двойной системы изменяют орбиты внутренней, заставляя ее исполнять странный танец. Современные модели будущей эволюции этой системы показывают, что такая гравитационная динамика может привести к одному или нескольким столкновениям, порождающим мертвые звезды – «белые карлики». А уже эти белые карлики могут стать настолько тяжелыми в результате слияния этой сложной системы, что произведут термоядерный взрыв сверхновой.

Сверхновые типа Ia возникают, когда масса белого карлика, аккрецирующего вещество звезды-компаньона в двойной системе, превышает предел Чандрасекара, из-за чего происходит термоядерный взрыв или при слиянии двух белых карликов. Для астрономов такие вспышки важны с точки зрения определения расстояния до галактик, в которых они находятся. При этом механизмы взрыва до сих пор плохо изучены и ученые помимо изучения остатков сверхновых ищут их будущих прародителей, в роли которых могут выступать не только двойные, но и тройные или четверные звездные системы.

HD 74438 входит в состав одного из ближайших к Солнцу молодых (около 43 миллионов лет) рассеянных скоплений IC 2391, расположенной в созвездии Паруса. Она состоит из двух короткопериодных пар звезд, одна из которых обращается вокруг другой с орбитальным периодом 5,7 лет. Спектральный класс системы был оценен как А5.

Ученые пришли к выводу, что орбитальное взаимодействие звёзд между собой и их эволюция приведут к тому, что в дальнейшем в системе образуются белые карлики. Их слияние, которое произойдёт в течение будущих нескольких миллиардов лет, и приведёт к взрыву сверхновой субчандрасекаровского типа.

Множественные звездные системы очень распространены в Млечном Пути. Хотя большинство таких систем являются бинарными, состоящими из двух звезд, другие содержат три, четыре или даже шесть звезд.

Эти системы, как правило, довольно стабильны, поскольку нестабильные системы быстро распадаются или сливаются, но иногда можно получить метастабильную систему. Такая система существует достаточно долго, чтобы звезды могли эволюционировать, но в конце концов остается стабильной. И этим концом может быть сверхновая звезда.

Все сводится к гравитационной динамике. В ньютоновской физике две изолированные орбитальные массы всегда стабильны. Единственные пути, которые они могут иметь, – это эллиптические орбиты. Именно поэтому простые бинары являются наиболее распространенными множественными звездными системами.

Когда у вас есть три или более масс, все становится сложнее. Настолько сложнее, что не существует точного решения проблемы трех тел, не говоря уже о четырех и более.

К счастью, мы можем создавать высокоточные орбитальные модели. Поэтому, хотя у нас нет точного решения для систем с несколькими звездами, если мы проведем точные измерения движения звезд, то сможем создать точную модель.

Эти модели настолько точны, что позволяют делать хорошие прогнозы на миллионы лет вперед. Это приводит нас к интересной звездной системе, известной как HD 74438.

Она была обнаружена в 2017 году в рамках проекта Gaia-ESO Survey и представляет собой так называемую спектроскопическую двойную. Это означает, что телескопы Gaia недостаточно мощные, чтобы наблюдать отдельные звезды, но мы знаем, что они там есть, благодаря их звездным спектрам.

Когда звезды вращаются вокруг друг друга, спектры каждой звезды немного смещаются в доплеровском направлении из-за их относительного движения. Поэтому мы можем рассчитать их движение и скорость.

В недавней статье в журнале Nature Astronomy группа исследователей использовала наземные спектроскопические наблюдения HD 74438, чтобы определить орбиты четырех звезд.

Они подтвердили, что звезды находятся в конфигурации 2 + 2, где звезды объединены в тесные орбитальные двойники, которые медленно вращаются друг вокруг друга. Но их измерения были достаточно точными, чтобы показать, что гравитационное притяжение внешней бинарной звезды делает внутреннюю бинарную звезду нестабильной.

HD 74438 еще очень молода. Она является частью открытого скопления, известного как IC 2391, возраст которого составляет всего 43 миллиона лет. Все звезды имеют массу, сходную с массой Солнца, поэтому у них сходное время жизни.

При достаточном количестве времени звезды, скорее всего, закончат свою жизнь как белые карлики. А поскольку гравитационная нестабильность системы невелика, звезды могут прожить достаточно долго, чтобы стать белыми карликами. Но их орбиты все равно будут нестабильными, что в конечном итоге может привести к их столкновению.

Именно здесь все становится немного интереснее, потому что HD 74438 – прекрасный пример того, как система из нескольких звезд может эволюционировать и привести к слиянию белых карликов.

Слияния белых карликов – это один из способов возникновения сверхновых типа Ia. Эти сверхновые играют центральную роль в наших измерениях космического расширения. Множественные звездные системы, такие как HD 74438, могут быть основной причиной сверхновых типа Ia.

Хотя двойные бинары составляют лишь небольшую часть кратных звездных систем, данное исследование показывает, что они часто могут находиться в нестабильных долгосрочных отношениях.

В настоящее время признано, что двойные звезды играют важную роль в большом количестве астрофизических событий, а слияния двойных звезд являются причиной недавнего обнаружения излучения гравитационных волн. Двойные звезды также позволяют нам получать фундаментальные звездные параметры, такие как массы, радиусы и светимости, с большей точностью по сравнению с одиночными звездами. Они представляют собой жемчужины, на которые опираются различные темы астрофизики.

Звездные четверки представляют лишь незначительную долю (несколько процентов) всех множественных систем. Сложная эволюция таких кратных звезд высокого порядка включает перенос массы и столкновения, ведущие к слияниям, которые также являются возможными прародителями термоядерных сверхновых. Эти сверхновые представляют собой стандартные свечи для определения шкалы расстояний Вселенной, даже несмотря на то, что эволюционный канал (каналы), ведущий к прародителям таких взрывов сверхновых, все еще широко обсуждается.